A misteriosa partícula revelará insights sobre os primeiros momentos do universo.
Físicos do maior destruidor de átomos do mundo detectaram uma misteriosa partícula primordial desde o início dos tempos.
Cerca de 100 das partículas “X” de curta duração – assim chamadas por causa de suas estruturas desconhecidas – foram vistas pela primeira vez em meio a trilhões de outras partículas dentro do Grande Colisor de Hádrons (LHC), o maior acelerador de partículas do mundo, localizado perto de Genebra em CERN (Organização Européia para Pesquisa Nuclear).
Essas partículas X, que provavelmente existiram nas menores frações de segundo após o Big Bang, foram detectadas dentro de um caldo turvo de partículas elementares chamado plasma de quark-glúon, formado no LHC pelo esmagamento de íons de chumbo. Ao estudar as partículas primordiais X com mais detalhes, os cientistas esperam construir a imagem mais precisa até agora das origens do universo. Eles publicaram suas descobertas em 19 de janeiro na revista Physical Review Letters.
“Este é apenas o começo da história”, disse o principal autor Yen-Jie Lee, membro da colaboração CMS do CERN e físico de partículas experimental do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, em um comunicado. “Mostramos que podemos encontrar um sinal. Nos próximos anos, queremos usar o plasma quark-glúon para sondar a estrutura interna da partícula X, o que pode mudar nossa visão de que tipo de material o universo deve produzir.”
Os cientistas traçam as origens das partículas X a apenas alguns milionésimos de segundo após o Big Bang, quando o universo era uma sopa de plasma superaquecida de trilhões de graus repleta de quarks e glúons – partículas elementares que logo esfriaram e se combinaram nos prótons mais estáveis e nêutrons que conhecemos hoje.
Pouco antes desse resfriamento rápido, uma pequena fração dos glúons e os quarks colidiram, grudando-se para formar partículas X de vida muito curta. Os pesquisadores não sabem como as partículas elementares se configuram para formar a estrutura da partícula X. Mas se os cientistas conseguirem descobrir isso, terão uma compreensão muito melhor dos tipos de partículas que eram abundantes durante os primeiros momentos do universo.
Para recriar as condições de um universo em sua infância, pesquisadores do LHC dispararam átomos de chumbo carregados positivamente uns contra os outros em alta velocidade, esmagando-os para produzir milhares de partículas a mais em uma explosão momentânea de plasma semelhante à sopa primordial caótica do universo jovem. Essa era a parte fácil. A parte difícil foi peneirar dados de 13 bilhões de colisões de íons frontais para encontrar as partículas X.
“Teoricamente falando, há tantos quarks e glúons no plasma que a produção de partículas X deve ser aumentada”, disse Lee. “Mas as pessoas pensaram que seria muito difícil procurá-los, porque existem muitas outras partículas produzidas nesta sopa de quarks.”
Mas os pesquisadores tinham uma pista útil para trabalhar. Embora os físicos de partículas não conheçam a estrutura da partícula X, eles sabem que ela deve ter um padrão de decaimento muito distinto, porque as partículas “filhas” que ela produz devem se espalhar por uma propagação de ângulos muito diferente daquelas produzidas por outras partículas. Esse conhecimento permitiu que os pesquisadores produzissem um algoritmo que identificasse os sinais indicadores de dezenas de partículas X.
“É quase impensável que possamos extrair essas 100 partículas desse enorme conjunto de dados”, disse o coautor Jing Wang, físico do MIT, no comunicado. “Toda noite eu me perguntava, isso é realmente um sinal ou não? E no final, os dados disseram que sim!”
Agora que os pesquisadores identificaram a assinatura da partícula X, eles podem determinar sua estrutura interna. Prótons e nêutrons são compostos de três quarks intimamente ligados, mas os pesquisadores acham que a partícula X terá uma aparência completamente diferente. No mínimo, eles sabem que a nova partícula contém quatro quarks, mas não sabem como eles estão ligados. A nova partícula pode compreender quatro quarks ligados igualmente firmemente, tornando-se uma partícula exótica chamada tetraquark, ou dois pares de quarks – chamados mésons – fracamente ligados um ao outro.
“Atualmente, nossos dados são consistentes com ambas as estruturas porque ainda não temos estatísticas suficientes”, disse Lee. “Nos próximos anos, obteremos muito mais dados para que possamos separar esses dois cenários. Isso ampliará nossa visão dos tipos de partículas que foram produzidas em abundância no início do universo.”
Publicado em 26/01/2022 23h13
Artigo original:
Estudo original:
Artigo relacionado: